创新方法预测气候变化对冷血动物的影响

面对对全球生物多样性产生深远影响的气候变暖，并将改变许多动物的分布和丰度，宾夕法尼亚州立大学领导的研究小组开发了一个统计模型，该模型提高了对栖息地适宜性和冷血动物灭绝概率的估计随着温度的攀升。

冷血动物 - 包括鱼类，爬行动物，两栖动物和昆虫在内的多样化群体 - 构成了地球上的大多数物种。冷血动物的体温受到环境温度的强烈影响。由于它们的生长、繁殖成功和生存与环境温度密切相关，气候变化对它们构成了重大威胁。

了解气候变化对生物多样性的未来影响是全球优先事项，研究小组负责人泰勒瓦格纳说，他是美国地质调查局的科学家，也是宾夕法尼亚州立大学渔业生态学兼职教授。但他指出，预测一个物种将存在于何处以及未来温度下的丰度是非常具有挑战性的，因为对于许多物种来说，这意味着估计对动物尚未经历过的温度的反应，科学家尚未观察到。

为了更精确地估计气候变化对冷血动物的影响，在一项新的研究中，研究人员开发了一种统计方法，将现场收集的描述许多冷血动物分布和丰度的数据与实验室衍生的有关物种特定温度性能和耐受性的信息融合在一起。

在今天发表在《美国国家科学院院刊》上的研究结果中，瓦格纳及其同事报告了一种创新的统计建模方法的发展。他们新开发的模型，他们称之为“生理引导丰度模型”或PGA模型，可以应用于几乎所有冷血动物，并且被认为具有巨大的潜力，有助于为气候适应和管理策略的形成提供信息。

“挑战在于如何将这两种信息来源结合起来，并使用实验室衍生的信息来帮助为未来气候下的景观规模预测提供信息，这些预测是动物在当前范围内没有经历的，”瓦格纳说，他是宾夕法尼亚州农业科学学院合作鱼类和野生动物研究部门的助理单位负责人。“我们创建的模型实现了这一目标。

PGA模型将物种丰度和环境条件的观测结果与实验室得出的冷血动物对温度的生理反应数据相结合，以预测物种的地理分布和丰度，以应对世界变暖。瓦格纳认为，如果不在模型中包括物种的生理偏好，就很难现实地预测冷血动物的命运。

“当试图预测或推断气候变化对动物分布和丰度的影响时，科学家现在通常只使用描述当前条件下丰度与分布和温度之间关系的信息，”他说。“然后这些关系被用来推断未来的温度条件。

然而，这种方法假设物种 - 环境关系在未来温度下具有生物学意义，重要的是，未能解释环境温度与冷血动物生理学之间的紧密联系，瓦格纳解释说。

“虽然冷血动物在了解它们的分布和丰度将如何应对气候变化方面研究不足，但在实验室衍生的信息方面，这些动物得到了相对充分的研究，关于环境温度的变化如何影响生理和性能，”他说。“事实上，随着温度的升高，大多数冷血动物在相对性能上具有相似的功能反应，这可以推广到多种分类群中。

研究人员使用来自三种鱼类的数据开发了他们的PGA模型，这些鱼类在美国中西部的1，300多个湖泊的热偏好和耐受性方面有所不同。他们将PGA模型的结果与未包含物种生理反应的传统模型的结果进行了比较。研究中考虑的鱼类是cisco(冷水)，黄鲈(冷水)和蓝鳃(温水)。

研究人员预测了当前条件下每个湖泊的物种分布和丰度，以及1月平均水温增加8.3、6.5、4.7和2.1华氏度(2、3、4、7摄氏度)。2.4华氏度(2071摄氏度)的增加对应于2100-<>年期间中西部地区气温的预测平均区域上升。

虽然传统模型的结果没有预测任何鱼类物种会因气候变化而灭绝或被当地驱逐，但PGA模型显示，随着温度的升高，适应寒冷的鱼类将在61%的当前栖息地灭绝。

明尼苏达大学助理教授、该研究的合著者格雷琴·汉森(Gretchen Hansen)认为，不包括生理偏好的模型可能会导致低估气候变化可能对适应寒冷的物种构成的风险。

“我们发现，当生理信息被纳入模型时，温度驱动的分布变化，局部灭绝以及寒冷，凉爽和温暖适应物种的丰度变化很大，”她说。“与传统方法相比，PGA模型在未来气候情景下提供了更现实的预测，并且在更现实地估计气候变化对冷血物种的影响方面具有巨大潜力。

为宾夕法尼亚州立大学的研究做出贡献的还有生态系统科学与管理系的博士生克里斯托弗·卡斯特;以及北卡罗来纳州立大学统计系的艾琳·施利普;劳伦斯伯克利国家实验室气候与生态系统科学部约书亚·诺斯;以及明尼苏达大学渔业、野生动物和保护生物学系的霍莉·昆德尔和珍娜·鲁齐奇。